מים שקטים חודרים ירוק

שקית קניות עשויה מאצות? דגים שגדלים במדבר? החיבור בין עולמות המדע יוצר מציאות מפתיעה. קבלו את ביוטיק, השואפת להחליף פלסטיק מזהם בפולימר ביולוגי מאצות, ואת ביו-קאסל, שהפילטר הזעיר שפיתחה מאפשר לנקות מים מזוהמים בצורה מהירה וחסכונית

למי מאיתנו אין נקיפות מצפון כשאנחנו לוקחים עוד שקית פלסטיק בסופר או זורקים עוד בקבוק שתייה לפח? פלסטיק, אותו תוצר לוואי של תעשיית הנפט שהפך לחלק בלתי נפרד מהחיים המודרניים, הוא גם אחד מהאיומים הגדולים ביותר על האקולוגיה והסביבה.

האובססיה שלנו לפלסטיק והמחיר הסביבתי הגבוה שהיא גובה, הטרידו את עדי גולדמן, המנכ”ל והמייסד השותף של ביוטיק (Biotic). “כמו הרבה אנשים, גם השותף שלי ואני מודאגים מעתיד העולם ברמת האקולוגיה”, מספר גולדמן. “הקמנו את ביוטיק בשנת 2020 כדי לתקוף את בעיית הפלסטיק.

“יש כל כך הרבה פלסטיק בעולם אז להגיד לצרכנים להפסיק להשתמש באריזות או בשקיות זה קצת כמו לגרד רצפה ולצפות לגלות חול. המטרה שלנו כמו שאנחנו מנסחים אותה באנגלית היא ‘we envision a world where plastic is no longer a concern'”.

בהתחלה סרקו השניים טכנולוגיות שונות ותחליפים אפשריים לפלסטיק שקיימים בשוק כמו נייר, מתכת, זכוכית ובמבוק. הם אספו את ההצלחות ואת הכשלים של כל שיטה וחיפשו מענה שהוא לא רק סקיילבילי (בעל יכולת התמודדות עם כמות הולכת וגדלה) – אלא גם מספק ערכים סביבתיים כוללים. ככה הגיעו השניים לאצות.

הטכנולוגיה של ביוטיק נשמעת פשוטה: הם ממצים את הסוכרים שבאצות ים טריות, כאן בישראל משתמשים באצות מסוג חסת ים, ומזינים אותם למיכלים בייצור עצמי שבהם מתבצע תהליך של פרמנטציה מיקרוביאלית. כלומר, התססה עם מיקרו-אורגניזמים. עלות המיכלים שהחברה בנתה, היא עשירית מביו-ריקאטורים שמקובלים בתעשייה, ולא רק זה, כתוצאה מתכנון המיכל, עלות האנרגיה נחתכה משמעותית בעשרות אחוזים.

המיקרו-אורגניזמים אוכלים את הסוכר, וממש כמו שבני האדם מגדלים שומן, הם מגדלים בתוך התא פולימר, שבעבורם הוא מצבור אנרגיה. כאן ביוטיק נכנסת לתמונה, “קוצרת” את המיקרו-אורגניזמים מהמיכלים ומוציאה את הפולימר מתוך התאים.

את הפולימר מכנים בביוטיק “הפוליאסטר של הטבע”. מדובר בחומר תרמו-פלסטי, קו-פולימר, שמורכב משתי יחידות שהיחס ביניהן קובע, בין היתר, את רמת הקשיחות שלו. יחס מאוד נמוך יוצר פולימר שמתאים לדברים קשיחים כמו רהיטים. ככל שעולים ביחס החומר נעשה יותר גמיש עד כדי כך שהוא יכול  לשמש כסיבים לביגוד, ניילונים, אריזות וכו’.

“היופי בשיטה הוא שבגלל שהפולימר מהווה שכבת אנרגיה לחיידקים ולמיקרו-אורגניזמים, הוא לא נשאר לנצח במצבו המתועש כמו הפלסטיק, אלא מתעכל ומתכלה בכל סביבה חיידקית פעילה. כשהפולימר הזה מתכלה, הוא לא משאיר אחריו שום שאריות – אין מיקרו-פלסטיקים, אין כימיקלים, כלום. הכול חוזר לטבע”, מספר גולדמן.

“לתהליך ייצור הפולימר יש תוצרי לוואי כגון חלבונים, חומצות שומן ופיגמנטים, אבל מה שלא משמש – חוזר חזרה לתהליך. הכול ביולוגי והכול מעגלי, אין כמעט פסולת. ולא זאת בלבד, אלא שאפשר גם להשתמש בחומרים האלה לתעשיית הבשר והחלב מהצומח ואפילו לדשנים. “למעשה, ניתן להשתמש כמעט בכל הביו-מאסה ולא נזרק כלום לפח”, אומר גולדמן.

אל הים

לשימוש במשאבי ים יש יתרונות רבים. משאבי השדה של כדור הארץ הולכים ומתדלדלים, בעיקר בגלל צריכת האוכל לחיות ולבני אדם, ולכן אחוזי השיירים ממשאבי השדה הם קטנים יחסית. אז אומנם אפשר לתת מענה לתחליפי פלסטיק עם שימוש במשאבי שדה, אבל זה ייגמר בשנים הקרובות.

קושי נוסף הוא שמשאבי שדה הם מאוד עונתיים ואם נסמכים על משאבי שדה, נסמכים על שינוע של חומרי גלם. לעומת זאת, הים הוא משאב כמעט לא מנוצל. בים יש המון סוגים של אצות ואצות קיימות בכל מקום – כך שהפתרון שביוטיק מציעה יכול להיות מקומי, לחסוך בין היתר את עלויות השינוע ולאפשר מקומות עבודה נוספים באזור.

יתרון נוסף הוא שאצה היא משאב שמתחדש מהר מאוד וספיחת הפחמן שלה הרבה יותר אפקטיבית מצמח אדמה. “אז אם אצות גם סופחות פי 4 פחמן מעץ וגם גדלות תוך שבועיים עד שישה שבועות ולא תוך שבע שנים – המשמעויות הן עצומות”, מסכם גולדמן.

“עם הזמן למדנו שעבודה עם האצות ועם בעלי החיים הימיים – מה שמכונה הייבריד קאלצ’ר – מחייה סביבה אקולוגית שהולכת ונכחדת. האצה מנקה את האוקיינוסים מהזיהומים שפוגעים בהם.

“הרעיון הוא להיות בסביבת מגדלי אצות – דבר שאפשר לעשות גם במי ים וגם במאגרי מים מתוקים. אבל מי ים טבעיים הם היתרון המשמעותי שיצליח להביא את אותו פולימר במחיר מתחרה מספיק טוב לתעשיית הפלסטיק, מסביר גולדמן. תעשיית הפסלטיק היום היא תוצר לוואי של קידוח נפט ולכן הפלסטיק מאוד זול. כל עוד לא נמצא תחליף שיהיה באותה מידה זול ויעיל, אז המעבר מפלסטיק מזהם לפלסטיק ביולוגי לא יקרה.

לשם ביוטיק שואפת. “וזה אתגר מאוד גדול”, אומר גולדמן. ביוטיק היא לטענתו אחת החברות הבודדות בעולם שמשתמשת באצות טריות. רוב העולם בקושי משתמש באצות למטרות אלו, והמעטים שכן, משתמשים באצות יבשות. רוב מגדלי האצות מוכרים אותן כמזון, ואת מה שלא מתאים למטרה זו זורקים, וגם זו בעיה.

“אנחנו יכולים לתת מענה גם למגדלי מזון ולקחת את החלק שלא משתמשים בו. כך נוכל גם להוזיל את עלויות מאכלי הים לאדם כי נוריד את עלויות היצור של אותם חוואים, וגם ניתן מענה לעולם הפלסטיק התחליפי”.

חושבים גם על הצרכנים וגם על היצרנים

ביוטיק נכנסה למסלול סיד של רשות החדשנות. “זה עזר לנו מאוד להביא את המשקיעים מהר יותר. זה היה תהליך מאוד נוח, קצר באופן מפתיע ומאוד יעיל לחברה כמו שלנו”, מספר גולדמן. “לאחרונה הגשנו בקשה לשיתוף פעולה נוסף של הרשות, קרן קנדה-ישראל.

“אנחנו עכשיו בשלב הסקייל-אפ (גימְלוּּּן). בנינו מתקן קטן שיש בו הוכחת היתכנות להגדלת כמויות. עד עכשיו ייצרנו כמויות שהספיקו לכל מיני שלבי בדיקות. את רובן עשינו בצמוד או בשיתוף מדעי של פידבקים עם יצרנים וספקים, ועברנו כמה שלבים של אישור.

לאחרונה, הפולימרים של ביוטיק עברו בדיקת התכלות במי ים על ידי מעבדה מוסמכת, והם מתכלים לחלוטין בתוך ארבעה שבועות.

“אנחנו מגדילים את הייצור כדי שהכמות תספיק לייצור של יריעות או שקיות. אנחנו חותרים לנקודת ההתחלה עם שלושה סוגי פולימרים שיתאימו גם לשקיות, אך גם לפריטי חקלאות (כגון טפטפות ויריעות), וגם לתעשיית הרכב. זה כמעט ולא קיים בעולם ברמת התכלות שלא מצריכה קומפוסט”.

החזון של ביוטיק הוא לספק תחליף מלא לפלסטיק המזהם, תוך שהצרכנים יקבלו מוצר שנראה ומרגיש אותו דבר. גם ברמת היצרנים, השאיפה היא שיוכלו לעבוד באותן מכונות, אותם קווי ייצור ובאותו מחיר – כדי לאפשר מעבר מלא.

“אנחנו עדיין לא שם”, אומר גולדמן, “אבל הפתרון שאנחנו מביאים הוא סקיילבילי ובר-קיימא. אנחנו שואפים לקחת אקו-סיסטם שיש בו דגים, אלמוגים, אצות, שרימפסים, צדפות וכו’, ולהעצים אותו לשימוש אנושי תוך שמירה על הסביבה.

“בסוף התהליך יהיה מצב שבו אנחנו לוקחים משהו שסופח פחמן וממירים אותו לתוצר שיש לו חיי מדף. אז גם אספנו פחמן מהים, גם השתמשנו באצה וגם עשינו ממנה מוצר אחר דרך תהליך פרמנטציה. גם זה, לטעמי, סוג של ביו-קונברג’נס”.

החיידקים שמנקים

טיפול במזהמים ובשפכים מהווה את אחד האתגרים המשמעותיים של האנושות, שכן מתקני טיפול בשפכים (מט”ש) צורכים אנרגיה רבה, כימיקלים ושטחים נרחבים לאיגום, להולכה ולטיפול.

מט”שים עירוניים מהווים את המחסום האחרון במעבר מזהמים המשויכים לפעילות אנושית (סניטריה, תעשייה וחקלאות) חזרה לטבע. הטיפול המסורתי בשפכים דורש דורש תשתית מסיבית, קרקעות ואנרגיה רבה לשינוע המים, ומלווה בפליטת גזי חממה משמעותיים.

כאן נכנסת לתמונה חברת ביו-קאסל (Bio Castle), המפתחת פתרונות יעילים יותר לטיפול במזהמים אלו תוך שינוי שיטת הטיפול המסורתית בשפכים וחיסכון באנרגיה ובתשתיות.

“טיפולים ביולוגיים לפירוק מזהמים בתעשייה קיימים כבר כמה שנים, והספרות האקדמית נותנת לנו מגוון אדיר של חיידקים ומיקרו-אורגניזמים שיודעים לפרק הרבה מאוד חומרים”, אומר גבי וולקינסון, מנכ”ל החברה. הפער הטכנולוגי קיים בקושי לשלוט על הרכב המיקרו-אורגניזמים הנמצאים בביו-ריאקטור של המט”ש ומגביל את התהליך הטיפולי. לכן, שיטות הטיפול בשפכים יקרות, כרוכות בכוח אדם מקצועי ומסתכמות בתהליכים מורכבים ולא מספיק יעילים.

“כיום, כדי לטפל במים מזוהמים בתהליך פירוק ביולוגי, משנעים את כל גוף המים למדיה מטפלת (ביו-ריאקטור), שלאחריה הוא נחשב למטופל”, מסביר ד”ר אופיר מנשה, מיקרוביולוג של מים ושפכים וה-CTO של ביו-קאסל.

שינוע המים יקר: המים כבדים והובלתם דורשת תשתית הולכה וסחרור אינטנסיבית, משאבות ואנרגיה רבה לתפעול. טכנולוגיית פטנט הנקראת Small Bioreactor Platform – SBP שפיתח ד”ר מנשה, משנה את דרך הטיפול המסורתית במים ובשפכים: “במקום לשנע את המים אנו משנעים רק את המזהמים במים, וכך מייתרים חלק מהתשתיות הטיפוליות”, הוא מדגיש.

“אם יש לי במים מזהם ספציפי (לדוגמה, פנול) אנו צריכים תרבית חיידקים מיוחדת שתטפל בו, כי במצב טבעי אותו מזהם אינו נמצא במאגרי המים”, מסביר ד”ר מנשה. “מכיוון שגוף המים משתנה ללא הרף, כי יש לנו זרם נכנס וזרם יוצא, אין לי  שליטה על מיקומו של החיידק הנודד עם הזרם. מה גם שכאשר אני מכניס חיידקים ללא הגנה למערכת אקולוגית שיש בה טורפים ונטרפים, ריכוזם במים ירד עם הזמן ויעילות הטיפול תיפגע. כלומר, לא ניתן להטמיע חיידקים בתוך גוף מים גדול בפשטות. כלומר, אני צריך להגן על החיידק שלי עוד לפני שהוא עושה את העבודה”, מסביר ד”ר מנשה.

הטכנולוגיה שפיתח נותנת מענה לבעיה באמצעות ממברנה שיוצרת חיץ עם חורים – שהם קטנים דיים כדי לא לאפשר לחיידק לצאת מהקפסולה ולמנוע מטורפים לחדור אליה, אבל מספיק גדולים כדי שהחומרים המזהמים במים יצאו וייכנסו. “את אלפי הקפסולות, שגודלה של כל אחת הוא 2.5 ס”מ בלבד, אני שם בכלובים מחוררים בתוך המים ומקבע אותם לגוף המים”, הוא מסביר.

בשיטה זו משיגים שלושה אמצעי שליטה על תרבית החיידקים: שליטה על סוג החיידק שמכניסים למים, על כמות הביו-מאסה במים בכל זמן נתון ועל מיקום החיידקים לאורך התהליך. נתוני השליטה מאפשרים תהליך מדויק ומבוקר. כלומר, בטכנולוגיית ה-SBP עובדים עם אלפי ריאקטורים המטפלים בו-זמנית במספר מזהמים רב, במקביל לפעילות הביו-ריאקטור האחד של המט”ש ומקיימים פי כמה וכמה יותר תהליכי טיפול.   

שפכים תעשייתים: הפחתת התלות בטבע

הטכנולוגיה מאפשרת ליצרנים תעשיתיים פחות תלות בטבע בתהליכי פירוק שפכי המפעלים. במקום לגדל ביו-מאסה ללא שליטה על הרכב אוכלוסיות החיידקים, הם יכולים למפות ולתכנן את סוגי אוכלוסיות החיידקים בהתאם לסוג המזהמים במים. היתרונות המובהקים הם הפחתת התלות בטבע, טיפול במזהמים שהדרך הביולוגית המסורתית פחות יעילה בטיפול בהם וחיסכון בתשתיות.

“למעשה, צמצמנו את כל הטיפול הביולוגי בשפכים למיכל אחד”, אומר וולקינסון. במילים אחרות, מדובר במהפכה: הטכנולוגיה שפיתחה החברה מנגישה את תהליך הפירוק הביולוגי לתעשיינים הקטנים והבינוניים בעזרת תהליך אוטונומי שפוטר אותם מהצורך בכוח עבודה מקצועי ומפחית עלויות.

דייג אוהב דגים

גבי וולקינסון ויוסי דה לוי מחברת סי-דרים פישרס הגיעו לביו-קאסל לפני ארבע שנים לחיפוש פתרון למערכות גידול היפר-אינטנסיביות לדגים.

כיום, כדי לגדל דגים בנפחים גדולים עושים זאת במערכת מבוקרת תעשייתית בתוך מבנה, כי זאת מערכת מאוד רגישה וכל שינוי קטן יכול לפגוע בכל התנובה. אפשר לאבד מיליוני דולרים תוך דקות.

דגים נושמים את מה שהם מפרישים. בשתן ובצואה יש שני חומרים רעילים, אמוניה וניטריט, שנוכחותם במים  יוצרת צורך בביו-פילטר ענק עם כמות אדירה של ביו-מאסה ומים, אשר מחציתם נדרשת רק לטיפול באמוניה ובניטריט. “זה מצב בזבזני בצורה בלתי נתפסת וזהו הפער הטכנולוגי שהשניים הציבו לביו-קאסל.

“בבדיקת נקודות הכשל הבנו שרק 3% מכלל החיידקים בביו-פילטר יודעים לטפל באמוניה ובניטריט. כלומר, 97% מהחיידקים צורכים חמצן ואנרגיה ומפרישים חומרים מזיקים למים. שאלנו את עצמנו: מה קורה אם הופכים את ה-3% ל-95%? אם היה לי ביו-פילטר בנפח של 500 קו”ב הוא יהפוך ל-5 קו”ב ונחסוך בכך תשתית אדירה שעולה מיליונים. בשלב זה, חברת סי-דרים פישרס הזמינה פיילוט לבדיקת היתכנות (POC).

“החלטנו לגדל דגי ים, דניס, בעמק הירדן – עם ארבעים מעלות בקיץ ובלי גישה למי ים. בנינו קונטיינר ממוזג, המכיל את מערכת הגידול והכנסנו אותו למבנה, והתחלנו לגדל דגיגים עד שגודלם מתאים לשיווק.

“במהלך הניסוי החלטנו לוותר על המיכל המשמש את הביו-פילטר והכנסנו את הקפסולות ישירות לבריכות הדגים, בין היתר כדי לחסוך בתשתית – וזה עבד. העלויות קטנו, המערכת התייעלה ובזכות שחלוף המים הזעום, נוצרה אפשרות לבנות את מערכות גידול הדגים רחוק מהים. כלומר, המערכת שלנו מנגישה את מערכת גידול הדגים ההיפראינטנסיבית, למגדלים הקטנים והבינוניים.

מוזר ככל שזה נשמע, עכשיו מנסה החברה להקים יחידת ייצור ייעודית לדגי סלומון המכילה 5,000 דגיגים, במצפה רמון.

בשונה מרוב הסטארט-אפים בישראל, החברה ממוקמת בפריפריה, בפארק אדיסון בעמק הירדן. ביו-קאסל מייצרת  את המוצרים ומשווקת אותם. “המטרה שלנו היא בניית תעשייה עם יכולת לשווק לכל העולם”, מסכמים השניים. “אנחנו לא ממוקדים בפיתוח ‘הדבר הבא’, אלא ביכולת להפיק תועלת ממה שכבר יש לנו ביד”.